(57)【要約】【課題】  下水道施設等のコンクリート構造物の表面に生成する化学的腐食部分を超音波の表面波を用いて診断すること。【解決手段】  コンクリートブロック１１の表面に石膏層１２を塗布し、その石膏層１２に送信トランスデユーサ３１から超音波の表面波を送信し、受信トランスデユーサ３２によって石膏層１２を伝播した表面波を検出（受信）し、受信信号を増幅器４２で増幅し、ＦＦＴアナライザ４３によって周波数解析し、周波数スペクトラムをオシロスコープ４４に表示する。ＦＦＴアナライザ４３の周波数解析は、ゴム等の超音波吸収部材２１を石膏層１２に押付けた場合と離した場合について行う。その両場合の周波数スペクトラムは、オシロスコープ４４に表示し、両周波数スペクトラムを比較して超音波吸収部材２１に吸収されて消滅した周波数成分を判別する。その消滅した周波数成分は、石膏層１２を伝播する表面波である。【選択図】                              図１
2005300383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の表面波を発生する送信トランスデユーサ、その表面波を受信する受信トランスデユーサ、超音波吸収部材、受信トランスデユーサの受信信号を周波数解析するＦＦＴアナライザ、及び前記超音波吸収部材を送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から離したときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムと前記超音波吸収部材をそのコンクリートの表面に押し当てたときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムとを比較して、前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別する周波数判別手段を備えていることを特徴とするコンクリートの腐食診断装置。
【請求項２】
超音波の表面波を発生する送信トランスデユーサ、その表面波を受信する受信トランスデユーサ、超音波吸収部材、受信トランスデユーサの受信信号を周波数解析するＦＦＴアナライザ、前記超音波吸収部材を送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から離したときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムと前記超音波吸収部材をそのコンクリートの表面に押し当てたときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムとを比較して、前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別する周波数判別手段、及びその周波数判別手段の判別した周波数に基づいてコンクリートの腐食部分の厚さを算定する厚さ算定手段を備えていることを特徴とするコンクリートの腐食診断装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの腐食診断装置において、前記周波数判別手段は、オシロスコープであることを特徴とするコンクリートの腐食診断装置。
【請求項４】
コンクリートの表面に送信トランスデユーサと受信トランスデユーサを装着し、送信トランスデユーサから超音波の表面波をコンクリートに送信し、送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から超音波吸収部材を離したときとそのコンクリートの表面に超音波吸収部材を押し当てたときの前記表面波を受信トランスデユーサによって受信し、受信トランスデユーサの受信信号をＦＦＴアナライザによって周波数解析し、前記両ときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムを比較して前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別することを特徴とするコンクリートの腐食診断方法。
【請求項５】
コンクリートの表面に送信トランスデユーサと受信トランスデユーサを装着し、送信トランスデユーサから超音波の表面波をコンクリートに送信し、送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から超音波吸収部材を離したときとそのコンクリートの表面に超音波吸収部材を押し当てたときの前記表面波を受信トランスデユーサによって受信し、受信トランスデユーサの受信信号をＦＦＴアナライザによって周波数解析し、前記両ときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムを比較して前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別し、その判別した周波数に基づいてコンクリートの腐食部分の厚さを算定することを特徴とするコンクリートの腐食診断方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のコンクリートの腐食診断方法において、前記表面波の周波数の判別は、オシロスコープによって行うことを特徴とするコンクリートの腐食診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、下水道施設等のコンクリート構造物の腐食状況を超音波によって診断するコンクリートの腐食診断装置及び診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来超音波の表面波を使ってコンクリート内のひび割れや空隙を検出してコンクリートの劣化を診断する劣化診断装置や診断方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。従来の劣化診断装置や診断方法は、診断するコンクリートの表面に所定間隔で多数の検出（受信）トランスデユーサを配置し、送信トランスデユーサから送信された超音波の表面波をそれらの受信トランスデユーサによって検出し、その検出信号に基づいて表面波の伝播速度や減衰量を解析・比較して劣化の程度を診断している。
ここで本願は、以下超音波の表面波を単に表面波と呼ぶ。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８９８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンクリート建造物、特に下水道施設のコンクリート管路等のコンクリート構造物の表面は、硫黄酸化細菌によって生成される硫酸、或いは水中の酢酸や乳酸等の酸による化学的腐食によって劣化する。従来の前記劣化診断装置や診断方法は、コンクリート内のひび割れを検出することはできるが、コンクリートの表面の化学的腐食部分の深さ（厚さ）を検出することはできない。また従来の前記劣化診断装置や診断方法は、超音波の表面波の伝播速度や減衰量を解析・比較して診断するため装置の構成が複雑になり、かつ多数の受信トランスデユーサを用いるため一層複雑になり、高価になる。そして診断作業が複雑になる。
本願発明は、表面波を使ってコンクリート建造物の化学的腐食部分の深さを簡単に検出できる腐食診断装置と診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載のコンクリートの腐食診断装置は、超音波の表面波を発生する送信トランスデユーサ、その表面波を受信する受信トランスデユーサ、超音波吸収部材、受信トランスデユーサの受信信号を周波数解析するＦＦＴアナライザ、及び前記超音波吸収部材を送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から離したときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムと前記超音波吸収部材をそのコンクリートの表面に押し当てたときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムとを比較して、前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別する周波数判別手段を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載のコンクリートの腐食診断装置は、超音波の表面波を発生する送信トランスデユーサ、その表面波を受信する受信トランスデユーサ、超音波吸収部材、受信トランスデユーサの受信信号を周波数解析するＦＦＴアナライザ、前記超音波吸収部材を送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から離したときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムと前記超音波吸収部材をそのコンクリートの表面に押し当てたときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムとを比較して、前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別する周波数判別手段、及びその周波数判別手段の判別した周波数に基づいてコンクリートの腐食部分の厚さを算定する厚さ算定手段を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載のコンクリートの腐食診断装置は、請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの腐食診断装置において、前記周波数判別手段は、オシロスコープであることを特徴とする。
【０００６】
請求項４に記載のコンクリートの腐食診断方法は、  コンクリートの表面に送信トランスデユーサと受信トランスデユーサを装着し、送信トランスデユーサから超音波の表面波をコンクリートに送信し、送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から超音波吸収部材を離したときとそのコンクリートの表面に超音波吸収部材を押し当てたときの前記表面波を受信トランスデユーサによって受信し、受信トランスデユーサの受信信号をＦＦＴアナライザによって周波数解析し、前記両ときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムを比較して前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別することを特徴とする。
請求項５に記載のコンクリートの腐食診断方法は、コンクリートの表面に送信トランスデユーサと受信トランスデユーサを装着し、送信トランスデユーサから超音波の表面波をコンクリートの表面に送信し、送信トランスデユーサと受信トランスデユーサの間のコンクリートの表面から超音波吸収部材を離したときとそのコンクリートに超音波吸収部材を押し当てたときの前記表面波を受信トランスデユーサによって受信し、受信トランスデユーサの受信信号をＦＦＴアナライザによって周波数解析し、前記両ときのＦＦＴアナライザの周波数スペクトラムを比較して前記コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別し、その周波数に基づいてコンクリートの腐食部分の厚さを算定することを特徴とする。
請求項６に記載のコンクリートの腐食診断方法は、請求項４又は請求項５に記載のコンクリートの腐食診断方法において、前記表面波の周波数の判別は、オシロスコープによって行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明は、コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別するのみで、コンクリートの表面に腐食部分が生成されているか否かを診断することができ、かつその判別した周波数に基づいて腐食部分（石膏層）の厚さと周波数のグラフ又は関係式から腐食部分の厚さを求めることができる。
本願発明は、コンクリートの表面から超音波吸収材を離したときの周波数スペクトラムとコンクリートの表面に超音波吸収材を押し当てたときの周波数スペクトラムを比較するのみで、コンクリートを伝播する表面波の周波数を判別することができる。
本願発明は、コンクリートの表面に超音波吸収材を押し当てるのみでコンクリートを伝播する表面波の周波数を判別することができる。
以上のように本願発明は、コンクリートの表面に超音波吸収部材を押し当てたり離したりし、そのときの周波数スペクトラムを比較するのみで、コンクリートの表面に腐食部分が生成されているか否かを診断することができる。また腐食部分の厚さは、腐食部分（石膏層）の厚さと周波数のグラフ又は関係式から求めることができる。したがって本願発明の腐食診断装置は、構成が簡単になり、また診断方法も簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜図５を参照して本願発明の実施例を説明する。
下水道施設のコンクリート構造物の表面は、硫黄酸化細菌の生成する硫酸によって腐食し、コンクリートの表面に腐食生成物が生成される。本願発明者は、腐食生成物はコンクリートの表面に現れることに着目し、種々実験した結果、超音波の伝播速度は、その腐食生成物と正常なコンクリートとで異なること、及びコンクリートを伝播する表面波の周波数は、その腐食生成物の厚さ（深さ）によって異なることを確認し、表面走査方式の腐食診断装置を開発した。
【実施例１】
【０００９】
図1は、本発明の実施例１に係るコンクリートの腐食診断装置のブロック図である。図1（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図1（ａ）のＸ１部分のＸ２方向の側面図である。
下水道施設のコンクリート構造物の表面は、硫黄酸化細菌の生成する硫酸よって腐食し、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）を生成する。そこで本実施例は、硫酸カルシウム（腐食生成物）の代わりに腐食生成物と同成分の石膏を用い、コンクリートブロックに石膏を塗布して試験を行った。
図１において、１１はコンクリートブロック、１２は石膏層、２１はゴム等の超音波吸収部材（制震部材）、３１は送信トランスデユーサ、３２は受信トランスデユーサ、４１はパルス発生器、４２は増幅器、４３はＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ、４４はオシロスコープである。なお送信トランスデユーサ３１と受信トランスデユーサ３２は、石膏層１２の表面に装着してある（接触させてある）。
【００１０】
ここでコンクリートブロック１１は、長さ３００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５０ｍｍのものを用い、そのコンクリートブロック１１に、石膏層１２を、０ｍｍ（石膏層なし）、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの厚さに塗布した。なおコンクリートブロック１１と石膏層１２の超音波の伝播速度は、透過法によると、コンクリートブロック１１が４２５０（ｍ／ｓ）、石膏層１２が２３００（ｍ／ｓ）であった。
パルス発生器４１は、０．１ＭＨｚのパルスを０．０１ｓｅｃ間隔で発生し、送信トランスデユーサ３１は、そのパルスにより駆動して表面波を発生する。表面波は、石膏層１２を伝播して受信トランスデユーサ３２に到達し、電気信号に変換される。その電気信号は、増幅器４２によって増幅され、ＦＦＴアナライザ４３へ供給される。ＦＦＴアナライザ４３は、受信信号をフーリエ演算して周波数解析を行い、その解析された周波数スペクトラムをオシロスコープ４４に表示する。ＦＦＴアナライザ４３の周波数解析は、超音波吸収部材２１を石膏層１２に押し当てたときの受信信号と石膏層１２から離したときの受信信号とについて行なう。
【００１１】
図３は、図１の腐食診断装置において、ＦＦＴアナライザ４３によって周波数解析した受信信号の周波数スペクトラム（周波数・振幅の関係）の一例を示す。
図３の実線は、超音波吸収材２１を石膏層１２から離したときの周波数スペクトラムを示し、破線は、超音波吸収材２１を石膏層１２に押し当てたときの周波数スペクトラムを示す。
図３において、実線の周波数スペクトラムと破線の周波数スペクトラムを比較すると、実線の周波数スペクトラムの振幅は、約２５ＫＨｚ（矢印の波形）のとき最大となるが、点線の周波数スペクトラムは、約２５ＫＨｚの周波数成分は減衰し消滅している。即ち石膏層１２から超音波吸収材２１を離しているときは、周波数が２５ＫＨｚのとき振幅は最大となるが、超音波吸収材２１を石膏層１２に押し当てたときは、その周波数成分は減衰し消滅している。したって図３の場合には、石膏層１２を伝播する表面波は、約２５ＫＨｚの周波数成分であることが分かる。なお石膏層１２を伝播する表面波の周波数は、後述するように石膏層１２の厚さによって異なる。
【００１２】
このように石膏層１２を伝播する表面波は、超音波吸収材２１によって吸収されるから、超音波吸収材２１を石膏層１２から離したときの周波数スペクトラムと超音波吸収材２１を石膏層１２に押し当てたときの周波数スペクトラムとを比較することにより、石膏層１２を伝播する表面波の周波数を判別することができる。そしてその表面波の周波数の判別は、オシロスコープ４４に、超音波吸収材２１を石膏層１２から離したときの周波数スペクトラムと石膏層１２に押し当てたときの周波数スペクトラムを表示し、両周波数スペクトラムを比較することにより行う。したがって図１の腐食診断装置のオシロスコープ４４は、石膏層１２を伝播する表面波の周波数判別手段となる。
【００１３】
図４は、送信トランスデユーサ３１と受信トランスデユーサ３２の間隔（横軸）と石膏層１２を伝播する表面波の周波数（縦軸）の関係を示す。石膏層１２の厚さは、０ｍｍ（石膏層なし）、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍである。なお石膏層１２を伝播する表面波の周波数の判別は、前記のようにオシロスコープ４４によって行った。
図４によると、石膏層１２を伝播する表面波の周波数は、石膏層１２の厚さが０ｍｍのとき最も高く、石膏層１２が厚くなるほど低くなり、厚さが２０ｍｍのとき最も低くなる。そして石膏層１２を伝播する表面波の周波数は、送信トランスデユーサ３１と受信トランスデユーサの３２の間隔によって多少変動するが、石膏層１２の厚さによって明確に異なる。したがって石膏層１２の厚さは、石膏層１２を伝播する表面波の周波数を判別することにより検出できる。
【００１４】
図５は、石膏層１２の厚さ（横軸）と石膏層１２を伝播する表面波の周波数（縦軸）の関係を示す。送信トランスデユーサ３１と受信トランスデユーサ３２の間隔は、１０ｃｍ、１１ｃｍ、・・・２１ｃｍの場合である。なお図５は、図４のデータに基づいて作成した。
図５において、実線の直線（Ａｖｅｒａｇｅ）は、送信トランスデユーサ３１と受信トランスデユーサ３２の間隔の平均値を直線で近似したもので、縦軸の周波数ｙと横軸の石膏層の厚さｘは、次式で表すことができる。
ｙ＝−２．１７３１ｘ＋６０．７３１
この式の相関係数Ｒ2は、０．９８８６である。
【００１５】
石膏層１２の厚さは、図５のグラフを用いて求めることができ、また前記関係式を用いて求めることもできる。また石膏層１２の厚さは、前記関係式を用い、コンピュータ等からなる厚さ算定手段によって求めることもできる。
腐食診断者は、下水道構造物等のコンクリート構造物の診断現場において、コンクリートに表面波を送信してコンクリートを伝播する表面波の周波数を判別することにより、コンクリートの表面に腐食生成物が生成しているか否かを診断し、腐食生成物が生成されている場合には、その腐食生成物の厚さを前記厚さ算定手段（腐食生成物の厚さ算定手段）によって求めることができる。
【実施例２】
【００１６】
図２は、本願発明の実施例２に係るコンクリートの腐食診断装置のブロック図である。なお図１と共通の部分は、同じ符号を使用している。
図２において、４５１，４５２は、ＦＦＴアナライザ４３の周波数解析結果を保存するメモリで、メモリ４５１には、石膏層１２から超音波吸収部材２１を離したときの周波数解析結果を保存し、メモリ４５２には、石膏層１２に超音波吸収部材２１を押し当てたときの周波数解析結果を保存する。
腐食診断者は、メモリ４５１，４５２に保存された周波数の解析結果をオシロスコープ４４に表示し、２つの周波数スペクトラムを比較して、超音波吸収部材２１に吸収されて消滅した周波数を判別し、その判別した周波数に基づき、図５のグラフ又は関係式を用いて石膏層１２の厚さを求めることができる。またメモリ４５１，４５２に保存されている周波数解析結果をデジタル信号に変換し、周波数判別部４６によりその消滅した周波数を判別し、厚み算定部４７により前記関係式を用いて石膏層１２の厚さを求め、その厚さを、例えば表示装置（図示せず）に表示することもできる。周波数判別部４６は、例えば、周波数スペクトラムの振幅に閾値を設定して、石膏層１２から超音波吸収部材２１を離したときに振幅が最大になる周波数を判別し、その判別した周波数が超音波吸収部材２１に吸収されて消滅しているか否かを確認できるように構成すればよい。
【００１７】
前記実施例は、ＦＦＴアナライザとオシロスコープを別々に説明したが、ＦＦＴ演算用プログラムを内蔵するオシロスコープが市販され慣用されているから、その市販されているオシロスコープを使用することもできる。またＦＦＴ演算による周波数解析、超音波吸収部材に吸収されて消滅する周波数の判別、石膏層の厚さの算定等は、コンピュータにより行うこともできる。
前記実施例は、送信トランスデユーサの駆動にパルス発生器を使用する例について説明したが、パルス発生器に代えて時間とともに周波数が変化する発振器を使用することもできる。
前記実施例は、コンクリートブロックと石膏を用いて試験したが、石膏は、硫酸カルシウムと成分が同じであるから、前記実施例の腐食診断装置は、コンクリートの表面に生成される硫酸カルシウム層の診断に使用することができる。また生成される腐食生成物は、硫酸カルシウムに限らず乳酸や酢酸等の酸により生成される腐食生成物であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の実施例１に係る腐食診断装置のブロック図である。
【図２】本願発明の実施例２に係る腐食診断装置のブロック図である。
【図３】図１、図２の腐食診断装置におけるＦＦＴアナライザの周波数解析結果に基づく周波数スペクトラムの一例を示す。
【図４】図１、図２の腐食診断装置における送信、受信トランスデユーサの間隔と石膏層を伝播する表面波の周波数の関係を示す。
【図５】図１、図２の腐食診断装置における石膏層の厚さと石膏層を伝播する表面波の周波数の関係を示す。
【符号の説明】
【００１９】
１１    コンクリートブロック
１２    石膏層
２１    超音波吸収部材
３１    送信トランスデユーサ
３２    受信トランスデユーサ
４１    パルス発生器
４２    増幅器
４３    ＦＦＴアナライザ
４４    オシロスコープ
４５１，４５２    メモリ
４６    周波数判別部
４７    厚み算定部
【図１】
2005300383.tif 000003
【図２】
2005300383.tif 000004
【図３】
2005300383.tif 000005
【図４】
2005300383.tif 000006
【図５】
2005300383.tif 000007